液压传动课程设计报告107李运增
青岛理工大学琴岛学院
课程设计报告
课题名称：液压与气压传动课程设计学院：机电工程系
专业班级：机械设计制造及其自动化107学号：201*030201*学生：李运增指导老师：程显伦
青岛理工大学琴岛学院教务处201*年12月27日
学生课题名称设计地点设计目的李运增液压与气压传动课程设计指导老师实训时间实验楼一层设计一台钻床动力滑台液压系统程显伦201*/12/25设计内容（包括设计过程、主要收获、存在问题、解决措施、建议）设计过程在本次液压系统设计中，要使机床可以实现快进→工进→快退→停止的动作，而且快进和快退速度相等。快进采用双泵供油加用流量控制阀的同步回路。在快进工程中使用一个二位三通的电磁换向阀接调速阀，连接差动回路，这样可以实现快进动作，在工进过程中使这个二位二通的电磁换向阀的电磁铁得电使油液经过调速阀以减小流量实现工进的慢速。在快退时用是向有杆腔进油，这样可以实现较大的快退速度。通过本次课程设计，初步掌握了基本理论知识。本课程设计即给我们创造了一个运用课堂理论知识，解决较复杂的问题的平台，又锻炼了我们综合利用所学知识的能力。主要收获液压课程设计是液压传动学习当中的非常重要的一个环节，本次课程设计时间一周，虽然我们每天都忙到很晚，但是通过本次每天都过得很充实的课程设计，从中得到的收获还是挺多的。让我感受最深的是，做任何事都必须耐心，细致。在设计过程中培养了我的综合运用液压课程知识及其他课程理论知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。在课程设计过程当中我充分的认识到自己在知识理解和接受应用方面的不足，特别是自己的系统的自我学习能力的欠缺，将来要进一步加强，今后的学习还要更加的努力。本次课程设计不仅仅是对自己所学的知识的一次系统总结与应用，还是对自己体质的一次检验。通过本次课程设计，我学会了很多关于专业方面的知识，了解了设计的本质，这次设计综合运用液压设计及其他先修课的知识，既学习了新的知识又复习了以前的知识，可以说本次设计是我们把理论知识用于实际中的一次实践。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在实习在前我对液压回路的了解很少，对其液压元件的工作原理更是所知甚少。现在设计基本完成了，我对液压系统也有了进一步的了解，学到了设计一个液压回路的基本方法和步骤。设
计中，指导老师为我提供了多方面的帮助，对于存在的问题及时做出了解答，使我避免了很多错误，少走了许多弯路。在此，我对老师表示衷心的感谢！存在问题课程设计过程中，许多计算有时不免令我们感到有些心烦意乱，看得出我们的计算能力是多么的弱，很简单的计算我们也要用计算器。我们从中可以看到理论知识掌握不扎实的问题，看到了自己在平时学习中没有注意的问题。学习是一个不断发现问题和不断解决问题的过程，出现问题是很正常的。学会发现问题然后解决问题，就学到了新的知识。在学校这样一个大群体里面，沟通自然是为人的基本，如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会，在实习设计当中依靠与被依靠对我的感触很大。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。建议本次课程设计还有一些不足之处，课程设计选在临近期末考试期间进行，就显得不是太好了。我们没有时间和精力完全投入到课程设计的任务当中，我们还要进行期末复习，没有全身心的投入，很多地方都没有深入的考虑，这也是这次设计不足的地方。虽然它占用了我们大部分的复习时间，但是这次液压课程程设计对我来说是无法忘记的，我们收获很多，不仅仅局限在学习知识上，如果课程设计在临期末考试一个月进行，我觉得会更好些，那样我们就不会担心期末复习的时间不够用了，我们会全身心的投入到课程设计中去，这样我们的设计会更好些。指导老师评语系部教研室意见
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青岛理工大学琴岛学院
课程设计说明书
课题名称：液压与气压传动课程设计学院：机电工程系
专业班级:机械设计制造及其自动化107学号：201*030201*学生：李运增指导老师：程显伦
青岛理工大学琴岛学院教务处
201*年12月27日《液压与气压传动课程设计》说明书
《液压与气压传动课程设计》评阅书
题目学生姓名指导教师评语及成绩指导教师签名：年月日答辩评语及成绩答辩教师签名：年月日教研室意见总成绩：室主任签名：年月日液压与气压传动课程设计李运增学号201*03020《液压与气压传动课程设计》说明书
摘要
目前，液压系统被广泛应用在机械、建筑、航空等领域中，成为一种新型的动力源。由于液压元件的制造精度越来越高，再配合电信号的控制，使液压系统在换向方面可以达到较高的频率。不管是在重型机械和精密设备上都能满足要求。液压系统本身有较多的优点，比如：在同等的体积下，液压装置产生的动力更大；由于它的质量和惯性小、反映快，使液压装置工作比较平稳；能够实现无级调速，特别是在运动中进行调速；液压装置自身能实现过载保护；实现直线运动远比机械传动简单。但是液压传动对温度的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度下工作。液压系统应用在机床上，实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铣削类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。
本文为立式钻床液压系统设计，可以实现同时快速进给、工进、快退的动作。快进采用差动连接。
根据给定的条件完成液压系统图的设计；根据给定的条件和已完成的液压系统图，选择元件明细表；根据给定的条件和已完成的液压系统图，对主要元件进行初步计算；完成课程设计任务。
关键字：差动连接双泵供油进口节油调速回路
《液压与气压传动课程设计》说明书
目录
摘要....................................................I1设计任务...................................................12液压回路的工况分析........................................2
2.1设计要求及工况分析.......................................22.2确定液压系统主要参数.....................................3
3拟定液压系统原理图........................................6
3.1初选液压件及基本回路.....................................63.2组成液压系统............................................7
4计算和选择液压件及验算液压系统性能.........................8
4.1确定液压泵的规格和电动机功率..............................84.2确定油管及压力...........................................94.3验算液压系统性..........................................104.4验算系统发热与温升.......................................12
总结.....................................................13参考文献....................................................14
I《液压与气压传动课程设计》说明书
1设计任务
学生通过《液压与气压传动》课的课堂学习，初步掌握了基本理论知识。本课程设计即为了给学生创造一个运用课堂理论知识，解决较复杂的问题的平台，锻炼学生综合利用所学知识的能力，初步接触一下“设计”的味道。
液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。本次设计的是一台立式双轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。
要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进→工进→快退。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力FL31100N；运动部件所受重力G1200N；快进、快退速度
v1v36.5m/min，工进速度v20.1m/min；快进行程L1270mm，工进行程
L2150mm；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数s0.2，动摩擦系数d0.1。液压
系统执行元件选为液压缸。
1《液压与气压传动课程设计》说明书
2液压回路的工况分析
2.1设计要求及工况分析
(1)工作负载工作负载即为切削阻力FL31100N。(2)摩擦负载
静摩擦阻力FfssG0.21201*.83528N（21）动摩擦阻力FfddG0.11201*.81176N（22）（3）惯性负载Fi（4）运动时间
L12701032.49s（24）快进t1v16.5/60L215010390s工进t2v20.1/60L1L24201*33.9s快退t3v36.5/60mv6.51201*300N（23）t600.1设液压缸的机械效率cm0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力
表2.1液压缸各阶段的负载和推力
工况启动加速快进工进反向启动加速快退FFfsFFfdFiFFfdFFfdFLFFfsFFfdFiFFfd负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/ηcm/N23522476117632276235224761176261327511306.735862261327511306.7
《液压与气压传动课程设计》说明书
2.2确定液压系统主要参数
1.初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2.2和表2.3，初选液压缸的工作压力P14MPa。2.计算液压缸主要尺寸
鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A12A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表2.4选此背压为P20.6MPa。
表2.2按负载选择工表
负载/KN工作压力/MPa《液压与气压传动课程设计》说明书
表2.6按速比要求确定d/D2/1d/D1.150.31.250.41.330.51.460.551.610.6210.71注：v1无杆腔进油时活塞运动速度；
v2有杆腔进油时活塞运动速度。
由式：p1A1p2A2FcmF得
A1cm(p14A1p2)232276m296.9104m20.60.9(3)2（25）
m0.110m110mm则活塞直径：D496.9104
（26）
参考表2.5及2.6得，圆整后取标准数值得D=110mm，d=80mm。
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：
A1A2D240.1124m295104m2
44根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表2.7所列，
表2.7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值
缸1工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa启动快进加速恒速1306.71.490.700.50.3827511.020.992613进油腔压力p1/MPa0.52输入流量q×10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式(D2d2)(0.1120.82)m244.7104m2p1F0A2Pq(A1A2)v1A1A2Pp1q《液压与气压传动课程设计》说明书
p10.006F0p2A2A1工进358620.64.061.61022qA1v2Pp1q启26130.58动pp2A11F0A快加27510.51.682退速qA2v3恒1306.70.51.350.480.648速Pp1q注：1.Δp为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取Δp=0.5MPa。
2．快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。
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3拟定液压系统原理图
3.1初选液压件及基本回路
(1)选择调速回路由于这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。
(2)选择油源形式在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比
qmax/qmin0.5/1.610-231.2；其相应的时间之比(t1t3)/t20.097。这表明在一个
工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用限压式变量叶片泵。
(3)选择快速运动和换向回路本系统已选定液压缸差动连接快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位四通电液换向阀。
(4)选择速度换接回路由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大
v1/v26.5/0.165，为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路。
(5)选择调压和卸荷回路在限压式变量叶片泵的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。
3.2组成液压系统
将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，详情见设计图纸。
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4计算和选择液压件及验算液压系统性能
4.1确定液压泵的规格和电动机功率
(1)计算液压泵的最大工作压力
小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=4.06MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失∑p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差pe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为
pp1p1ppe4.060.60.5MPa5.16MPa
大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表7可见，快退时液压缸的工作压力为p1=1.68MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小，现取进油路上的总压力损失∑p=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为
pp2p1p1.680.3MPa1.98MPa
(2)计算液压泵的流量
由表2.7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.55×10-3m3/s，若取回路泄漏系数K=1.1，则两个泵的总流量为
qpKq11.10.5103m3/s33L/min
(3)确定液压泵的规格和电动机功率
根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取PV2R12型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和26mL/r，当液压泵的转速np=1000r/min时，其理论流量分别为6L/min和26L/min，若取液压泵容积效率ηv=0.9，则液压泵的实际输出流量为
qpqp1qp2610000.9/10002610000.9/1000L/min5.423.4L/min28.8L/min由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率ηp=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为
Pppqpp1.9810633103KW1.19KW600.8103
根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L6型电动机，其额定功率为
1.5KW，额定转速为1000r/min。
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4.2确定油管及压力
表4.1各工况实际运动速度、时间和流量
快进工进快退q154.4L/minv10.095m/st12.83s管道吸油管道压油管道回油管道q10.96L/minv21.68103m/st189.3s表4.2允许流速推荐值q128.8L/minv30.107m/st13.91s推荐流速/(m/s)0.5～1.5，一般取1以下3～6，压力高，管道短，粘度小取大值1.5～3由表4.1可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表4.1数值，按表4.2推荐的管道内允许速度取=4m/s，由式d得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为
d4q17.0mmv4q18.0mmv4q计算vd为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径15mm、外径22mm的10号冷拔钢管。
确定油箱
油箱的容量按式Vqpn估算，其中α为经验系数，低压系统，α=2～4；中压系统，α=5～7；高压系统，α=6～12。现取α=6，得
Vqpn192L
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4.3验算液压系统性能
验算压力损失
由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为L=2m，油液的运动粘度取=110-4m2/s，油液的密度取=0.9174103kg/m3。
(1)判断流动状态
在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快退时回油流量q2=32L/min为最大，因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（201*），故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。
(2)计算系统压力损失
将层流流动状态沿程阻力系数
和油液在管道内流速
7575dvRe4qv4qd2lv2同时代入沿程压力损失计算公式p1，并将已知数据代入后，得
d2475l4750.9174103110428p1qq0.547810q4342d23.14(1510)可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。
在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失pζ常按下式作经验计算
p0.1pl
各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算
pvpn(q2)qn其中的pn由产品样本查出，滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：
1．快进
滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀、电液换向阀，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为
pli0.0496MPapi0.1pli0.00496MPa
pvi0.1246MPa
piplipipvi0.1791MPa
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在回油路上，压力损失分别为
plo0.0234MPap00.00234MPa
pvo0.1215MPa
p0pl0p0pvo0.1474MPa
将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速运动时的总的压力损失
p[0.0840.09732.4]MPa0.2485MPa642．工进
滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀、调速阀进入液压缸无杆腔，在调速阀处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀、背压阀的卸荷油液一起返回油箱，在背压阀处的压力损失为0.6MPa。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为
pipvi0.5MPa
此值略小于估计值。
在回油路上总的压力损失为
p0pv00.643MPa
该值即为液压缸的回油腔压力p2=0.66MPa，可见此值与初算时选取的背压值基本相符。
重新计算液压缸的工作压力为
p1F0p2A24.08MPaA1考虑到压力继电器的可靠动作要求压差pe=0.5MPa，则小流量泵的工作压力为
pP1p1pipe4.080.50.55.08MPa
此值与估算值基本相符，是调整溢流阀的调整压力的主要参考数据。
3．快退
滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀、电液换向阀进入液压缸杆腔。在回油路上，油液通过单向阀、电液换向阀和单向阀返回油箱。在进油路上总的压力损失为
pipvi0.036MPa
此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压力损失为popvo0.262MPa数值基本相符。
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4.4验算系统发热与温升
由于工进在整个工作循环中占96%，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。在工进时，经液控顺序阀卸荷，其出口压力即为油液通过液控顺序阀的压力损失
pP2ppn(q2)0.0414MPaqn液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率
PrpP1qP1pP2qP2P591.7W
液压系统输出的有效功率即为液压缸输出的有效功率
PcFv253.8W
由此可计算出系统的发热功率为
HPrPc537.9W
按式TH计算工进时系统中的油液温升，即KAT其中传热系数K=15W/（m2C）。设环境温T2=25C，则热平衡温度为
H0.065K3V216.6C
T1T2T2550[T1]55C
油温不在允许范围内，油箱散热面积不符合要求，需要设置冷却器。
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总结
本课程设计是学生在学完液压基础专业课程,进行的一个综合性和实践性很强的教学环节,学生通过课程设计,能综合运用所学基本理论以及学到的实践知识进行的基本训练,掌握液压系统设计的思维和方法,专用元件和通用元件的参数确定。通过给定设计题目，初步掌握确定压力，进行缸的主要参数的初步确定，按系列要求确定缸体和活塞杆的直径。然后确定其他元件的参数，最后进行效核。通过液压课程设计，提高学生分析和解决实际液压问题的能力,为后续课程学习及今后从事科学研究,工程技术工作打下较坚实的基础。
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参考文献
[1]左建民．液压与气压传动【M】．第4版．北京：机械工业出版社，201*[2]杨培元．液压系统设计简明手册【M】．第1版．北京：机械工业出版社，201*[3]王昆．机械设计课程设计【M】．第1版．北京：机械工业出版社，201*
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